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《基于局部應(yīng)力應(yīng)變場強法的薄壁缺口結(jié)構(gòu)隨機聲疲勞壽命估算》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、2010年6月沈陽航空1=業(yè)學(xué)院學(xué)報第27卷第3期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringJun．2010V01．27No．3文章編號：1007—1385(2010)03—0030—05基于局部應(yīng)力應(yīng)變場強法的薄壁缺口結(jié)構(gòu)隨機聲疲勞壽命估算唐金沙云東郭小鵬(沈陽航空航天大學(xué)遼寧省數(shù)字化工藝仿真與實驗技術(shù)重點實驗室，遼寧沈陽110136)摘要：航空發(fā)動機火焰簡結(jié)構(gòu)在隨機聲激勵下的壽命估算屬于典型的多軸疲勞問題。對航空薄壁結(jié)構(gòu)隨機聲疲勞壽命估算的
2、峰值概率密度法和功率譜密度法進行了探討。在應(yīng)力場強法的基礎(chǔ)上，深入研究了一種用于薄壁缺口結(jié)構(gòu)隨機疲勞壽命估算的有效方法——局部應(yīng)力應(yīng)變場強法，該方法能同時考慮缺口局部應(yīng)力梯度和應(yīng)變梯度對疲勞損傷的影響。以薄壁缺口結(jié)構(gòu)作為研究對象，結(jié)合聲疲勞問題分析的一般方法，對局部應(yīng)力應(yīng)變場強法在聲疲勞壽命估算中的運用進行了研究。關(guān)鍵詞：聲疲勞；疲勞壽命；應(yīng)力概率密度；功率譜密度；局部應(yīng)力應(yīng)變場強中圖分類號：V215．5：V232．6文獻標識碼：A飛行器結(jié)構(gòu)中為減輕重量，廣泛采用薄壁板殼結(jié)構(gòu)。在發(fā)動機噴流噪聲、超音速或
3、超高音速飛行時機身空氣動力性噪聲的作用下，這些結(jié)構(gòu)通常都承受著高聲級噪聲載荷(150dB一180dB以上)¨J。由于聲激勵導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞稱之為聲疲勞。自20世紀50年代由于高強度噴氣噪聲造成飛機結(jié)構(gòu)破壞以來，結(jié)構(gòu)聲疲勞破壞問題受到研究部門的高度重視，從此開始了結(jié)構(gòu)聲疲勞問題的研究。傳統(tǒng)的疲勞壽命估算方法有名義應(yīng)力法，局部應(yīng)力應(yīng)變法等，但估算聲疲勞都有明顯的缺陷，名義應(yīng)力法不能考慮構(gòu)件缺口應(yīng)力集中處的局部塑性，局部應(yīng)力應(yīng)變法是以單軸應(yīng)力假設(shè)為前提的，顯然和隨機聲疲勞問題不符。峰值概率密度認為功率譜密度函數(shù)可
4、以獲得結(jié)構(gòu)件局部應(yīng)力、單位時間內(nèi)應(yīng)力的近似循環(huán)次數(shù)?；诠β首V密度的構(gòu)件疲勞壽命估算已經(jīng)在汽車、航空航天、機械設(shè)計等領(lǐng)域得到應(yīng)用。探討了這兩種聲疲勞壽命估算方法，重點研究了局部應(yīng)力應(yīng)變場強法。收稿日期：2010—04—16基金項目：航空基礎(chǔ)科學(xué)基金資助基金項目(項目編號：02C540071作者簡介：唐金(1986一)，男，湖南株州人．在讀研究生，主要研究方向：航空發(fā)動機強度、振動及噪聲，E—mail：ill0501@sina．eom；沙云東(1966一)，男，黑龍江阿城人，教授，主要研究方向：航空發(fā)動機
5、強度、振動及噪聲。1應(yīng)力概率密度法疲勞裂紋通常在結(jié)構(gòu)的自由表面出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)自由表面處于平面應(yīng)力狀態(tài)。在平面應(yīng)力狀態(tài)下，當應(yīng)力分量為零均值Gauss過程時，可以推導(dǎo)出VonMises應(yīng)力均方值和功率譜密度少。(塒)的關(guān)系：叫s：]=I圣。(塒)dw=JTrace{A中。(塒)}dw(1)多。∽為功率譜密度矩陣的應(yīng)力分量。A為對稱矩陣。文獻[2]驗證了VonMises應(yīng)力過程概率分布服從雙參數(shù)Weibull分布。當s。≥0時．m—1．p(a。詈(號exp[一(號)“](2)式中p(s。)為VonMises應(yīng)力
6、概率密度函數(shù)，m和田為Weibull參數(shù)，參數(shù)m決定了曲線峰值的位置，參數(shù)田決定了曲線峰值的位置。根據(jù)隨機振動理論，利用VonMises應(yīng)力平方過程的均值和方差可以推算出：礬：)=r／2F(1+吾)(3)盯2(s：)=CEr(i+告)一F2(1+言](4)廠()為伽瑪函數(shù)。結(jié)合隨機振動理論，利用應(yīng)力分量的功率譜密度確定出VonMises應(yīng)力平方過程均值和方第3期唐金等：基于局部應(yīng)力應(yīng)變場強法的薄壁缺口結(jié)構(gòu)隨機聲疲勞壽命估算31差，進而求出WeibuU參數(shù)，可以得到VonMises應(yīng)力幅值的概率密度函數(shù)，
7、進一步推導(dǎo)VonMises應(yīng)力峰值概率密度函數(shù)乃至雨流循環(huán)概率密度函數(shù)，從而完成結(jié)構(gòu)損傷及壽命分析舊]。2功率譜密度法功率譜密度法的基本假設(shè)是：噪聲是各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機過程，作用在結(jié)構(gòu)上的噪聲聲壓是均布的[4】。假設(shè)實測應(yīng)力一時間歷程為真實隨機過程的一個典型樣本，平穩(wěn)Gauss過程的峰值概率密度函數(shù)為：小)=吉√等ex小麗士孑]+學(xué){1+e仉軎√盯％]lexp(1一寺)(5)式中盯表示標準偏差，erf表示誤差函數(shù)，Ot表示隨機載荷不規(guī)則因子。取a=1可得到窄帶峰值概率密度函數(shù)表達式。由強度理論，疲勞曲線
8、在其有限壽命的曲線方程為s”N=c(6)式中c，m為材料常數(shù)，Ⅳ為應(yīng)力幅值為s時的破壞循環(huán)數(shù)。根據(jù)Miner線性損傷累積理論，可以推導(dǎo)出構(gòu)件破壞時總循環(huán)次數(shù)為：坼=i——旦__一(7)』s1+“exp(一s2／2tr2)dsPHWirsehing根據(jù)不同PSD進行修正，獲得了適用于寬帶隨機振動的壽命估算公式[5]：r=古了——竺—一(8)‰Js1+“exp(一S2／20-2)出其中A為修正因子^為隨機過程s(t)的零穿越期望值。3局部應(yīng)力應(yīng)
